Как работает кратковременная память мозга

Обновлено: 04.07.2024

Сегодня нам доступны самые разные научные инструменты и самые передовые технологии. Человечество накопило колоссальные знания, как в естественных науках, так и в гуманитарных. Однако человеческий мозг по-прежнему остается "Священным Граалем" ученых и самой сложной, малоизученной областью. Что мешает нам изучить мозг до конца? Как работает человеческая память и действительно ли наш мозг помнит всё? Об этом и многом другом рассказала Ольга Евгеньевна Сварник — нейрофизиолог, кандидат психологических наук, старший научный сотрудник лаборатории психофизиологии им. В.Б. Швыркова Института психологии РАН.

Все мы знаем о том, что мозг – это очень сложная структура. Десятки миллиардов нейронов, триллионы синапсов…Учитывая эту сложность, насколько мы вообще способны изучить мозг и что сегодня является главным камнем преткновения в подобных исследованиях?

Мы, безусловно, можем изучать мозг. И это достаточно длительный процесс, в силу тех особенностей, о которых вы говорите: огромное количество клеток, связей, клетки все очень разные. Исследования последних десятилетий показали, что существует огромное количество типов нейронов, и чем глубже мы погружаемся в эту область, тем больше новых типов находим. Процесс исследования мозга и клеток, которые этот мозг составляют — почти бесконечный и очень интересный.

Важный вопрос — а как мозг связан с психическими процессами? Активность наших нейронов связана с тем, что делает организм. Примечательно не только то, что в мозге есть множество разных типов нейронов, но и то, что они активируются в конкретные моменты, которые являются специфическими для этих нейронов. Есть нейроны, которые будут активны, когда я рассказываю кому-то о мозге, или когда я сама продумываю, как работает мозг, или даже когда я сплю и мне снится что-то о работе мозга. Исследуя эти нейроны, мы получаем доступ к внутреннему миру человека.

Главный камень преткновения в изучении мозга — это то, что огромное количество деталей, которые мы получаем о работе мозга, почему-то не хотят укладываться в некую общепринятую теорию. И есть некоторые изменения в том, что мы понимаем под принципами работы мозга. Существует несколько разных предложений о том, что это такое — принципы работы мозга. И довольно большое число исследователей никак не могут прийти к единому мнению в этом вопросе. Деталей много, а общая картина до сих пор не сложилась. Похожую ситуацию мы можем увидеть и в других науках, например, в физике.

Ольга Евгеньевна, вы изучаете память. Расскажите подробнее об этом. Память локализована где-то в мозге или это ситуативный процесс, и у нас нет конкретной зоны памяти?

Если коротко, то да, никакой зоны памяти нет. При этом, разрушение или нарушение работы определенных зон может приводить к амнезии. Но это не одно и то же. Есть кратковременная память, есть долговременная память, есть память имплицитная, когда мы приобрели какой-то опыт, но не можем ничего об этом сказать и не можем как-то его декларировать. А есть такие виды памяти, где мы можем сказать, например, что знаем, в каком месте находится Эйфелева башня или представляем, как работают нейроны в мозге. Это всё разные аспекты явления, которое принято называть памятью. И когда мы говорим об этих проявлениях работы мозга, мы не можем сказать, что память лежит где-то в определенном месте в мозге.

Один известный пациент с амнезией по имени Генри Молисон перенес операцию по разрушению гиппокампальных структур и некоторых корковых зон, которые были связаны с гиппокампом, в итоге он потерял возможность что-либо запоминать. У него не было впечатления, что он может описывать какие-то случившиеся с ним эпизоды. Но при этом, обучение у него всё же происходило, просто он не мог декларировать эпизоды. Грубо говоря, у пациента информация об эпизодах была, но он просто не мог об этом сказать. И ведь это явление было описано за 50 лет до случая Генри Молисона. Швейцарским врачом Эдуардом Клапаредом был описан очень известный, почти анекдотичный случай. Он постоянно здоровался за руку со своей пациенткой с похожим расстройством. У женщины тоже были проблемы с приобретением новой памяти и возможностью декларировать эпизоды из жизни. Во время одного из таких приветствий врач подложил иглу в свою руку и уколол больную. Впоследствии пациентка об этом совершенно не помнила, но стала избегать рукопожатий с доктором. Получается, что этот опыт у человека всё же остался, и такой опыт мог формировать дальнейшие взаимодействия этой женщины с миром.

В 2018 г. Ольга Сварник опубликовала научно-популярную книгу "Мозг за минуту".

А можно ли сказать, что наш мозг вообще ничего не забывает, и то, что произошло однажды, остается навсегда?

В современной нейронауке тенденция такова, что проблема памяти — это прежде всего проблема доступа к ней. Дело ведь не в том, что память как-то потерялась. Если мы представим, что любой приобретённый опыт — это формирование какой-то нейронной группы, которая теперь с ним связана, то получается, что вернуться к этому опыту — значит активировать эту группу. Если мы наслаиваем всё больше и больше других нейронных групп, уходя в нашем опыте от той первоначальной группы, то получается, что мы не можем к ней вернуться за счет того, что там уже есть другие наслоения и ветви этого "дерева опыта" изрядно разрослись.

Опыты на животных показывают, что можно заактивировать ту старую группу, которая была еще до всех этих наслоений, и вернуться к тому моменту. И в этом смысле конечно можно сказать, что да, мозг действительно хранит всё, если был сложившийся опыт. Вокруг нас сейчас есть масса краткосрочных моментов, которые на какой-то короткий период тоже "фиксируются" нашим мозгом, но при этом не переходят в долговременную фазу. А вот если всё перешло уже в долговременную память, то возможность потерять такую память — это прежде всего сложность найти к ней доступ, либо другой вариант — если клетки, связанные с этой памятью, разрушены.

Как объяснить случаи, когда какой-то запах возвращает тебя к таким далеким временам, о которых ты, казалось бы, уже не помнишь, но вдруг память оживает вновь? Запах — это сфера подсознания? И как он связан с памятью?

Бо́льшая часть того, что есть в нашем мозге, работает, не выходя на уровень, который принято называть сознанием. Но это всё равно составляет наш опыт.

В плане возможности вернуться к старым нейронным группам того опыта, который был до всех наслоений, запах играет универсальную и очень интересную роль. То есть запах помогает возродить то, к чему мы сами уже не можем подобраться: в силу завязанности предыдущего опыта на множестве других вещей, с которыми мы познакомились в процессе жизни.

Почему так происходит? Ответа на этот вопрос я, честно говоря не знаю, но он давно меня интересует. Даже какая-то картинка крайне редко приводит к подобному оживлению эпизодов нашего прошлого, а запах имеет такую уникальную возможность. В художественной литературе этот феномен был многократно и красочно описан, но с научной точки зрения трудно предположить, что бы это могло быть. Почему именно запах, даже не звук, обладает такими характеристиками? Ответ на этот вопрос мне бы тоже хотелось знать.

Почему мы на долгие годы можем запомнить какие-то незначительные детали из далекого прошлого, которые, казалось бы, не несут никакой смысловой нагрузки (например, зеленые носки, увиденные на ком-то давным-давно, или пробежавшую мимо собаку)? Или здесь, как говорил Фрейд, незначительных деталей быть не может и за этим воспоминанием стоит какое-то более серьезное, спрятанное переживание?

Такие воспоминания связаны с каким-то общим состоянием организма на тот момент. Возможно, то состояние по своим эмоциональным характеристикам действительно имело большую значимость. Наверное, такая особенность нашей памяти сыграла свою роль в эволюции: организмы, которые фиксировали с помощью своих нейронов как можно больше деталей, вероятно получали большее преимущество в эволюции.

Другой аспект — это то, что состояние, столь важное на тот момент, могло возвращаться снова и снова, когда мы мысленно думали о пережитом. И вот в момент одного из таких возвратов могли добавиться эти зелёные носки или ещё что-то. Возможно, прямого отношения к той ситуации они и не имели, но наша память, спустя какое-то время, связав это и наслоив ещё что-то, "решила", что эти зелёные носки были очень важны для той ситуации. Есть разные нюансы касательно того, как наша память претерпевает разнообразные модификации с каждый реактивацией тех нейронных групп, которые лежат в её основе. Это тоже очень интересные процессы.

Получается, что по сути самым верным является именно первое воспоминание, а все остальные возвраты, воспоминания об этом моменте, которые наслоились позже, ложные? Может быть, все наши воспоминания вообще являются неверными и мало связаны с тем, что происходило на самом деле?

Очень важно сказать, что это за виды памяти. Явление переделки памяти за счет возврата к активации самой ранней нейронной группы связано всё-таки с эпизодической памятью. А семантическая память работает как бы наоборот: если мы что-то учим, например, пытаемся запомнить все столицы мира, то здесь повторение только на пользу и это нашу память укрепляет. (Под семантической памятью подразумеваются знания (например, о том, что Эйфелева башня в Париже), а не сам эпизод моего первого видения Эйфелевой башни). А вот сам эпизод, свидетелем которого мы были, имеет тенденцию видоизменяться, приобретать детали, которых не было, и терять те, что были. Многочисленные исследования показывают, что эпизодической памяти, возможно, не стоит сильно доверять. Были ли эпизоды из нашего детства именно такими, какими мы их запомнили — этот вопрос не так прост. Вполне может быть, что похожие вещи были, но выглядели совсем не так, как мы их запомнили.

Лекция Ольги Сварник "Сон и память" в БЕН РАН.

Ольга Евгеньевна, вы работаете в Институте психологии РАН, в Московском Институте психоанализа, активно ведете преподавательскую деятельность Что вас, как ученого, больше всего привлекает в нейронауке?

Как преподаватель, я рассказываю о принципах работы мозга разным студентам: от физиков до психологов. Как учёный, я исследую клетки, которые есть в мозге на самых разных уровнях: это и нейрогенетические изменения, и изменения электрической активности, а также изменения суммарной активности мозга, регистрируемые с помощью электроэнцефалограммы на людях.

Меня очень увлекает описание и исследование поведения, а также поиск некоторых общих закономерностей для людей и для животных. Мои исследования показывают, что процесс приобретения какого-то опыта (когда организм сталкивается с какой-то новой для него ситуацией) приводит к тому, что у нас, прежде всего, реактивируются те нейронные группы, которые связаны с чем-то похожим: уже имеющимся предыдущим опытом.

Наблюдается интересная закономерность — как часто и стабильно мы, приобретая что-то новое, возвращаемся к старому. И люди, и животные, приобретя новый опыт и найдя решение для новой ситуации, уже добавив что-то новое в свой мозг, снова и снова возвращаются к старому: к ранее приобретенным формам поведения. Как будто снова и снова тестируют старую модель поведения, пытаясь убедиться, а точно ли она не работает? Ведь раньше работала? Эксперименты показывает, что люди часто даже не отдают себе в этом отчет. И вопрос о том, насколько далеко мы возвращаемся в старое и почему мы это делаем, меня сейчас занимает больше всего.

У меня есть компьютер. Думаю, у вас тоже. Общий перечень наших с вами задач, решаемых с помощью компьютера, можно свести к двум основополагающим вещам: хранение и преобразование информации. Головной мозг выполняет схожие функции. Например, фоторецепторные клетки в глазах принимают электромагнитное излучение и преобразуют его в нервный импульс. Мозг обрабатывает эту информацию и на основе нее строит изображение. Помимо функционального сходства, мозг и компьютер имеют и общие структурные черты: у нас тоже есть некоторое подобие процессора и памяти. Причем наша память, как и память компьютера, бывает разных видов. В этой статье пойдет речь о нашем аналоге оперативной памяти и о том, как он работает.

Когнитивность

Как работает наш мозг? На столь обширный вопрос есть несколько философский ответ — недостаточно хорошо. Действительно, вы наверняка хотели бы не вспоминать перед сном все свои неудачи и просчеты или не забывать, куда положили ключи. Переформулируем и сузим вопрос: как человеческий мозг воспринимает и использует информацию?

Получение информации

Информация попадает в наш мозг посредством нервных импульсов, источником которых являются органы чувств. Именно они первыми получают информацию, а также и преобразовывают её в соответствующий импульс. Зрение преобразовывает электромагнитное излучение видимого спектра, осязание — физическое взаимодействие (температура, вибрации, прикосновения и т. п.), слух — механические колебания в среде, обоняние и вкус — воздействие различных веществ на рецепторы. Помимо основных пяти видов чувств, не стоит забывать о вестибулярном аппарате, который отвечает за положение тела в пространстве и направления движения.

Что дальше?

Попадая в мозг, нервные импульсы преобразуются в соответствующие образы и чувства. Но на данный момент эти образы всего лишь образы. Если человек не умеет читать, то для его мозга текст будет лишь набором закорючек. В психологии есть термин когнитивность. Он отражает способность человека к умственному восприятию и переработке внешней информацию сквозь собственную систему взглядов, зависящую от мышления, памяти, обучения и т. д. Коротко говоря, мозг в течение жизни обучается, получает новую информацию и, в зависимости от текущего типа мышления, багажа знаний и умений, обрабатывает получаемую информацию соответствующим образом.

Память мозга

Память можно определить как способность мозга сохранять и восстанавливать информацию. Очевидно, что работа мозга очень сильно зависит от памяти и ее роль сложно переоценить. Классифицировать память можно по разным критериям. Но нас будет интересовать конкретно разделение по времени хранения информации. Итак, память мозга условно можно разделить на следующие виды:

Долговременная память;
Кратковременная память;
Рабочая память.

Кратковременная память

Изначально, информация от органов чувств попадает в кратковременную память. Как понятно из названия, она хранится там небольшой промежуток времени. При этом информация от органов чувств фильтруется. В кратковременную память попадает та информация, на которую мы обратили своё внимание. Причем как произвольно, так и под действием каких-либо факторов. Например, обычно мы не обращаем внимание на ощущения от надетой на нас одежды, но если она вызовет дискомфорт, то мы обратим внимание, и эта информация попадет к нам в кратковременную память. Помимо органов чувств, источником информации может являться и долговременная память как итог процесса вспоминания, как целенаправленного, так и спонтанного.

Модель Аткинсона-Шиффрина

В целом идеи о том, что человеческая память не является единой сущностью, возникли ещё в 19 веке. Более конкретная теория взаимодействия между кратковременной и долговременной памятью появилась в середине 20-го века в множественной модели Аткинсона-Шиффрина.

Согласно данной модели, наша память состоит из трех структур:

Сенсорная память. Это структура, в которой хранится память от органов чувств на протяжении малого количества времени (для визуальной — 0,5 секунд, а для звуковой — 2 секунды);
Кратковременная память. Как упоминалось выше, в эту структуру попадает информация из сенсорной памяти путем обращения внимания.
Долгосрочная память. Это структура практически неограниченного объема, которая может хранить информацию вплоть до смерти.

Механизм перехода из кратковременной памяти в долговременную точно не ясен. При этом, способность вспоминать события из прошлого зависят от гиппокампа. К этому выводу пришли Бренда Милнер и Уильям Сковилл, изучая пациента, которому для лечения эпилепсии был удален гиппокамп. Пациент не мог вспомнить, что с ним происходило в прошлом, но при этом другие структуры памяти сохранились. Он помнил факты об устройстве мира, но новые ему выучить было сложно. Также у него отлично работала кратковременная память.

Объем кратковременной памяти

Информация без повторения хранится в кратковременной памяти на протяжении примерно 20 секунд. При этом ее объем однозначно определить очень сложно. Американский психолог Джордж Миллер в своей работе «Магическое число семь плюс-минус два« определил, что человек, как правило, не может запомнить и воспроизвести больше 7±2 объектов (данная характеристика является усредненной и не отрицает существование уникумов, способных запоминать большое количество информации)

Но что такое объект? На основе своих исследований (проверка, сколько человек может запомнить), Миллер приводит следующую характеристику — человек в среднем способен запомнить девять двоичных чисел, восемь десятичных, семь букв алфавита и пять односложных слов. Информационная содержательность этих объектов не столь большая. В этом кроется и следующее различие между кратковременной и долговременной памятью — объем информации. Объектом может являться как слово, так и изображение — например, пейзаж. Но степень его детализации будет определяться объемом кратковременной памяти и вряд ли вы запомните его в деталях без повторения.

Рабочая память

Рабочая память (РП) — это тип памяти, с помощью которого человек способен сохранять в уме информацию, с которой работает. РП также позволяет комбинировать информацию, полученную от органов восприятия, с долговременной и кратковременной памятью.

Термин «Рабочая память» был введен Джорджем Миллером, Евгением Галантером и Карлом Прибрамом в контексте теории, в которой человеческий ум сравнивался с компьютером. Изначально понятие рабочей памяти не было конкретизировано, поэтому его использовали Ричард Аткинсон и Ричард Шиффрин в своей модели кратковременной памяти. Однако они не сделали акцента на ее функциональной части, поэтому Алан Бэддели и Грэм Хитч переработали их модель. Главное отличие нового взгляда на РП заключалось в том, что кратковременная память может быть разделена на субкомпоненты и что такая система способна на сложные когнитивные действия. На данный момент многие ученые используют концепцию РП в качестве замены или расширения концепции краткосрочной памяти, делая акцент на манипулировании информацией, а не на ее простом хранении.

Модель рабочей памяти

В 1974 году Алан Бэддели и Грэм Хитч предложили многокомпонентную модель РП, переработав модель кратковременной памяти Аткинсона-Шиффрина. Изначально модель содержала три компонента. Первый компонент — это система контроля над вниманием, называемая центральным исполнителем (ЦИ). ЦИ направляет внимание на информацию, подавляя отвлечение (на нерелевантную информацию и неподходящие действия) и координируя когнитивные процессы при одновременном выполнении множества задач. У ЦИ «в подчинении» находятся две системы временного хранения: фонологическая петля и визуально-пространственный блокнот.

Фонологическая петля — это когнитивная система временного хранения, которая может хранить информацию, представленную в речевой и звуковой форме, с помощью проговаривания про себя (субвокальные повторения). Одним из доказательств этого служит эффект фонологического сходства: слова, со сходным звучанием, запоминаются труднее, чем слова, звучащие по-разному. Представим, что вы хотите запомнить набор терминов. Если слова схожи по звучанию, то это приведет к путанице и плохому результату. Попробуйте запомнить два ряда слов: «код», «год», «кот», «рот» и «солнце», «горячий», «корова», «день». Скорее всего, «производительность» запоминания в первом случае будет хуже. Фонологической петле совсем не важны значения, поэтому человек запоминает ряд из нескольких слов, обозначающих одно и тоже, так же, как и разные слова. В этом заключается отличие рабочей памяти от долговременной. Если увеличить количество слов в последовательности, например до 10, и дать людям запомнить их, то звучание уйдет на второй план, а значение станет намного важней. Таким образом у человека имеется система, которая может хранить информацию путем проговаривания про себя. Она не важна для понимания речи (если вы способны нормально говорить и слышать), однако играет существенную роль в пополнении словарного запаса на раннем этапе обучения чтению, когда нужно удержать в памяти последовательность звуков в точном порядке.

Визуально-пространственный блокнот — это когнитивная система, одновременно хранящая пространственную и визуальную информацию. Визуальная информация включает в себя такие вещи, как цвет и форма, а пространственная — данные о местоположении. Например, использование карты или проектирование здания включает пространственную информацию. Изучение иероглифов, запоминание цвета — это больше визуальное задание. Системы вербальной, пространственной и визуальной информации могут поддерживаться потоками информации, не охватываемыми подчиненными системами (например, тактильные ощущения, семантическая информация, музыкальная информация, эмоциональная составляющая и т. п.).

Так как речь идет о серии потоков восприятия, в 2000 году Бэддели расширил модель, добавив четвертую систему — эпизодический буфер, в котором потоки информации объединяются. У буфера есть несколько измерений: визуальное, пространственное семантическое и перцептивное. Он объединяет их вместе и делает доступными сознанию, связывая всю информацию РП в единое эпизодическое представление. Таким образом эпизодический буфер — это связующие звено между рабочей и долговременной памятью. Если проводить аналогии, то эпизодический буфер чем-то напоминает экран, на который проецируются события.

Где и как мозг хранит информацию

РП располагается в нескольких частях мозга. С появлением методов визуализации мозга (ПЭТ и фМРТ) определение локализации функций в головном мозге людей значительно упростилось. Обзор многочисленных исследований показывает, что области активации во время задач рабочей памяти, разбросаны по большой части коры. Определение Фонологическая петля расположена главным образом в области между височной и теменной долями левого полушария. Процесс повторения информации по большей части включает лобную область, известную как центр Брока.

Визуально-пространственная система вовлекает в основном правое полушарие, однако она может простираться и до затылочных долей, в направлении к задней части мозга. Эта область задействуется в визуальных изображениях. Более центральные теменные области ответственны за пространственную информацию.

Сам факт активации каких-то областей мозга вовсе не означает, что именно там хранится информация. В этом заключается одна из проблем использования функциональной визуализации для понимания работы памяти. При изучении какой-либо когнитивной задачи ученые наблюдают активность области, но не знают, действительно ли она необходима для нее. Представьте, что вы обращается к информации в памяти компьютера и получаете её на экране. Вы узнаете, что было в хранилище и какие подсистемы были задействованы для отображения информации. Но где конкретно хранилась информация и как она была извлечена вам не известно. Пока что в научном сообществе нет консенсуса о том, как точно устроена и функционирует память.

Что влияет на рабочую память

РП страдает от интенсивного стресса. Это было обнаружено в исследованиях Арнстена и его коллег на разных видах животных. Например, в одном из исследований Арнстен исследует влияние стресса, вызванного шумом, на когнитивные функции префронтальной коры у резус-макак. Экспериментаторы заполняли едой одну из лунок, а затем накрывали их непрозрачным экраном. Через определенные промежутки времени экран убирали, и макаки выбирали одну из лунок (задача с отложенным ответом). После некоторой серии экспериментов подопытных подвергали воздействию непрерывным громким шумом (100-110 Дб) в течении 30 минут перед тестированием. Испытав стресс, животные хуже справлялись с заданием: чаще забывали, в какой лунке находятся лакомства. В ходе исследований выяснилось, что высвобождение физиологически активных веществ, катехоламинов, в префронтальную кору, вызванное стрессом, снижает срабатывание нейронов и емкость памяти. Воздействие хронического стресса может привести к глубоким нарушениями РП. Чем больше стресса в жизни, тем ниже эффективность РП при выполнении простых познавательных задач. Злоупотребление алкоголем также может вызывать нарушения РП из-за повреждения мозга.

Индивидуальные различия в объеме РП в некоторой степени наследуемы. Пока что мало известно о том, какие гены связаны с функционированием РП. В рамках многокомпонентной модели был предложен один ген-кандидат, ROBO1 для гипотетической фонологической петли рабочей памяти. Генетический компонент РП в значительной степени разделяется с таковым для подвижного интеллекта, поэтому исследования связи памяти и генетики возможно поможет также лучше понять работу интеллекта.

Существует несколько гипотез о том, что РП может быть натренирована, например при помощи специальных компьютерных программ или таких задач, как n-назад. Но при этом люди не демонстрируют значительных улучшений в таких активностях, как обучение математике, чтение или выполнение тестов на уровень интеллекта. Если тренировка рабочей памятью интеллекта работает, то скорее всего эффект будет незначительным.

Компьютер как мозг

Текущие развитие процессоров во многом основывается на уменьшении техпроцесса. Время идет и эффективность такого подхода снижается. Возможно ли замена нынешней архитектуры на архитектуру, схожую с мозгом человека? Конечно, в реалиях недостатка знаний о мозге данное сравнение некорректно, но давайте пофантазируем. В чем преимущества мозга перед компьютером? Первое, что приходит на ум — это наличие сознания и способность к творческой деятельности. Но не совсем понятно, в чем разница между ними и их компьютерной симуляцией? Проблему квалиа и подобные вопросы лучше оставить философам и сконцентрироваться на более практических аспектах. Понятно, что в некоторых задачах, зависящих от скорости обработки информации мы проигрываем. Но при этом у мозга множество преимуществ перед современными компьютерами:

мозг более энергоэффективный: в среднем он потребляет 20–30 Вт;
мозг лучше справляется с распознаванием образов, речи, потоками сложноустроенной информации;
мозг пластичен, в отличии от модульной архитектуры компьютера: один отдел может выполнять функции другого (при необходимости);
работу мозга можно охарактеризовать как параллельную, нет необходимости в тактовом генераторе;
на основе имеющегося опыта мозг способен к прогнозированию будущих событий;
мозг невероятно обучаем и адаптивен.

Абсолютное заимствование у природы не всегда оптимально:

Практика показывает, что лучше заимствовать лучшее, но, как упоминалось выше, недостаток знаний о мозге не позволяет сделать этого.

Облачные серверы от Маклауд быстрые и безопасные.

Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!

Хорошая память — неоспоримое преимущество для студентов и тот навык, который уж точно пригодится в жизни — вне зависимости от того, какими были ваши учебные дисциплины.

Сегодня мы решили открыть серию материалов о том, как прокачать память — начнем с короткого ликбеза: какой бывает память и какие методы запоминания работают наверняка.

Фото jesse orrico — Unsplash

Память 101: от доли секунды до бесконечности

Проще всего описать память как способность некоторое время накапливать, сохранять, воспроизводить знания и навыки. «Некоторое время» может занимать секунды, а может длиться всю жизнь. В зависимости от этого (а также от того, какие участки мозга активны в тот или иной момент) память принято подразделять на сенсорную, кратковременную и долговременную.

Сенсорная — это память, которая активируется всего за доли секунды, она находится вне нашего сознательного контроля и по сути является автоматическим ответом на изменения окружающей среды: мы видим/слышим/ощущаем объект, распознаем его и «достраиваем» окружающую нас обстановку с учетом новой информации. По сути это система, позволяющая нам регистрировать картину, которую воспринимают наши органы чувств. Правда, очень ненадолго — информация в сенсорной памяти хранится буквально полсекунды и меньше.

Кратковременная память «работает» в пределах до нескольких десятков секунд (20-40 секунд). Мы способны воспроизвести информацию, полученную в этом временном отрезке, без необходимости сверяться с первоисточником. Правда, не всю: объем информации, которую может удерживать кратковременная память, ограничен — долгое время считалось, что он вмещает «семь плюс-минус два объекта».

Поводом так считать послужила статья гарвардского психолога-когнитивиста Джорджа Миллера (George Armitage Miller) «Магическое число 7±2», которая вышла в журнале Psychological Review еще в 1956 году. В ней он описывал результаты экспериментов во время своей работы в Bell Laboratories: по его наблюдениям, человек мог хранить в кратковременной памяти от пяти до девяти объектов — будь то последовательность букв, цифр, слова или изображения.

Более сложные последовательности испытуемые запоминали, группируя элементы так, чтобы число групп также находилось в пределах от 5 до 9. Правда, современные исследования дают более скромные результаты — «магическим числом» считается 4±1. Такие оценки приводит, в частности, профессор психологии Нельсон Коуэн (Nelson Cowan) в своей статье 2001 года.

Фото Fredy Jacob — Unsplash

Долговременная память устроена иначе — длительность хранения информации в ней может быть неограниченна, объем намного превышает кратковременную память. При этом если в работе кратковременной памяти заняты временные нейронные связи в области фронтальной и теменной коры мозга, то долговременная память существует за счет устойчивых нейронных связей, распределенных по всем отделам мозга.

Все эти виды памяти не существуют отдельно друг от друга — одну из самых известных моделей взаимосвязи между ними предложили психологи Ричард Аткинсон и Ричард Шиффрин (Richard Atkinson, Richard Shiffrin) в 1968 году. По их предположению, сначала информация обрабатывается сенсорной памятью. «Буферы» сенсорной памяти предоставляют информацию кратковременной памяти. Далее, если информация неоднократно повторяется, то из кратковременной памяти она переходит «в долговременное хранилище».

Вспоминание (целенаправленное или спонтанное) в такой модели — это обратный переход информации из долговременной в кратковременную память.

Другую модель через 4 года предложили психологи-когнитивисты Фергус Крейк и Роберт Локхарт (Fergus I. M. Craik, Robert S. Lockhart). Она основана на идее о том, что длительность хранения информации и то, останется ли она лишь в сенсорной памяти или перейдет в долговременную, зависит от «глубины» обработки. Чем сложнее способ обработки и чем больше времени на него затрачено, тем выше вероятность, что информация запомнится надолго.

Эксплицитная, имплицитная, рабочая — все это тоже про память

Исследования взаимоотношений между типами памяти привели к появлению более сложных классификаций и моделей. Так, например, долговременную память стали подразделять на эксплицитную (ее также называют осознанной) и имплицитную (неосознанную или скрытую).

Эксплицитная память — то, что мы обычно имеем в виду, когда говорим о запоминании. Она в свою очередь подразделяется на эпизодическую (воспоминания о жизни самого человека) и семантическую (память о фактах, понятиях и явлениях) — такое разделение впервые предложил в 1972 году канадский психолог эстонского происхождения Эндель Тульвинг.

Фото studio tdes — Flickr CC BY

Имплицитную память обычно подразделяют на прайминг и процедурную память. Прайминг или фиксирование установки возникает, когда определенный стимул влияет на то, как мы воспринимаем стимул, следующий за ним. Например из-за прайминга особенно смешным может казаться явление misheard lyrics (когда в песнях слышится что-то не то) — узнав новый, нелепый вариант строчки из песни, мы тоже начинаем его слышать. И наоборот — ранее неразборчивая запись становится понятной, если увидеть расшифровку текста.

Что касается процедурной памяти, то ее яркий пример — моторная память. Ваше тело «само знает», как кататься на велосипеде, водить машину или играть в теннис, точно так же музыкант играет знакомое произведение, не заглядывая в ноты и не раздумывая о том, каким должен быть следующий такт. Это — далеко не единственные модели памяти.

Оригинальные варианты предлагали как современники Миллера, Аткинсона и Шиффрина, так и следующие поколения исследователей. Классификаций видов памяти также много больше: например, в отдельный класс выделяют автобиографическую память (что-то среднее между эпизодической и семантической), а помимо кратковременной памяти иногда говорят о памяти рабочей (хотя некоторые ученые, например тот же Коуэн, считают, что рабочая память — это скорее небольшой раздел долговременной памяти, которым человек оперирует в моменте).

Банально, зато надежно: базовые приемы по тренировке памяти

С другой стороны, кратковременная память и не должна быть чрезвычайно острой, отправляя буквально всю полученную информацию «в архив». Эти воспоминания недолговечны именно потому, что большая часть окружающих нас явлений не несет ничего принципиально важного: меню в ресторане, список покупок и то, во что вы были сегодня одеты, — явно не те данные, которые действительно важно хранить в памяти годами.

Что же касается долговременной памяти, то базовые принципы и методы ее тренировки — одновременно и самые сложные и трудоемкие. И довольно очевидные.

Фото Tim Gouw — Unsplash

Неоднократное вспоминание. Совет банальный, тем не менее, надежный: именно повторяющиеся попытки вспомнить что-либо позволяют с большой вероятностью «поместить» объект в долгосрочное хранилище. Тут есть пара нюансов. Во-первых, важно правильно выбрать временной промежуток, после которого вы постараетесь вспомнить информацию (не слишком длинный, не слишком короткий — зависит от того, насколько хорошо уже развита ваша память).

Предположим, вы разобрали билет к экзамену и постарались заучить его. Попробуйте повторить билет через несколько минут, через полчаса, через час, два, на следующий день. Это потребует больше времени на один билет, но относительно частое повторение через не слишком длительные промежутки времени поможет лучше закрепить материал.

Во-вторых, важно пытаться вспомнить материал целиком, не заглядывая в ответы при первом же затруднении — даже если вам кажется, что вы не помните вообще ничего. Чем больше вам удастся «выудить» из своей памяти при первой попытке, тем лучше сработает следующая.

Например, согласно исследованию, навык отбивать мячи оказался лучше развит у тех бейсболистов, которым приходилось принимать разные подачи в непредсказуемом порядке (как в реальной игре), в отличие от тех, кто последовательно тренировался работать с конкретным типом подачи.

Пересказ/записывание своими словами. Этот подход обеспечивает большую глубину обработки информации (если ориентироваться на модель Крейка и Локхарта). В сущности, он заставляет обрабатывать информацию не только семантически (вы оцениваете зависимости между явлениями и их взаимосвязи), но и «с отнесением к себе» (как бы вы назвали это явление? Как вы сами можете объяснить его — не пересказывая слово в слово содержание статьи или билета?). То и другое с позиции этой гипотезы — уровни глубокой обработки информации, которые обеспечивают более эффективное припоминание.

Все это — довольно трудоемкие приемы, хоть и действенные. В следующем материале из серии посмотрим, какие еще подходы работают на развитие памяти, и есть ли среди них лайфхаки, помогающие сэкономить время и тратить на запоминание чуть меньше сил.

"На долгую память" — пишем мы на открытках или подарках. Эти слова означают, что подаренная вещь будет напоминать о нас и радовать (или нет) её обладателя долгие годы. Ведь, к сожалению, с возрастом память человека слабеет. Поэтому её нужно тренировать и поддерживать в хорошей форме. О формировании памяти, её типах и главных нейробиологических особенностях — наша беседа с Павлом Милославовичем Балабаном.

Павел Милославович Балабан – доктор биологических наук, главный научный сотрудник Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук, член-корреспондент РАН.

— Что такое память с точки зрения нейробиологии?

— Память — это процесс адаптации или приспособления любого организма к внешней среде. У высших животных — млекопитающих, человека — память приобрела особые черты: речь идет об ассоциативных формах, а также о разделении по времени действия (кратковременная, промежуточная и долговременная память). Особый интерес для ученых представляет именно долговременная память — то, что остается у нас в голове, в нашем мозге после того, как мы чему-то научились.

Представьте память компьютера. Когда в него загружают множество разных файлов, память переполняется очень быстро. У нас в голове происходит примерно то же самое, однако переполнения нет. Считается, что лимита памяти у позвоночных животных нет. Между тем, устройство мозга, организация памяти — остаются главными загадками науки в XXI веке.

— Какие элементы нашего организма имеют непосредственное отношение к формированию памяти?

— Учитывая, что память — это адаптивное изменение в поведении, в работе нервных сетей, в молекулярной субклеточной структуре, то можно сказать, что практически все части организма имеют отношение к памяти. Поведение — это движение, которое изменяется в процессе обучения (обучение напрямую связано с памятью). Однако изменения в поведении должны где-то сохраняться. Должен быть некий материальный носитель.

Ученые последние 20-30 лет пытались найти ответ, исследуя белки. Блокируя синтез белков, специалисты заметили, что новая память не образуется. Сейчас ясно, что белки наверняка участвуют в механизме формирования памяти, но не являются определяющими. В любом процессе важную роль играет исполнитель. В армии, например, есть главнокомандующий и есть солдаты, которые воюют. Без солдат, разумеется, война невозможна. Однако войну выигрывают генералы, старшие офицеры. Без их команд солдаты будут бессмысленно передвигаться. В рамках этой метафоры белки в нашем организме — это солдаты. Без них невозможно образование новой памяти, нормальной жизнедеятельности и т.д. Но, судя по всему, в организме существует некий командный центр.

Считается, что ядро каждой нервной клетки и работа ее генетического аппарата и есть командный пункт нервной системы. Именно эти участки отвечают за то, сколько белков будет синтезировано. Далее уже синтезированные белки будут идти «в бой» и занимать свое рабочее место.

Дальнейшие исследования показали, что белки действительно не могут быть материальными носителями памяти, поскольку их средний срок жизни — 2-3 дня. Потом их заменяют новые «солдаты». Тем не менее, блокировка синтеза белка или целой биохимической системы реально влияет на память. Однако это влияние не специфическое.

— Долгое время научное сообщество искало так называемые молекулы памяти. Что известно о них сегодня?

— Таблетка памяти вызывает интерес, особенно среди молодежи. Множество фильмов снято на эту тему. Конечно, всем очень хочется съесть какую-нибудь «химию» и не тратить время на обучение. Сегодня известны молекулы, которые обеспечивают возникновение новой памяти в определенных местах. Если бы у нас была техническая возможность доставить молекулы избирательно только в тысячу нужных точек из триллионов возможных, то можно было бы изменить долговременную память. Конечно, часть новой информации осталась бы на короткое время. Но всё дело в том, что такие молекулы (как правило, это белки) живут дни. Поэтому нам нужно воздействовать на управляющую систему. А здесь возникает сложность.

На сегодняшний день неизвестно, где ее искать. Серьезные исследования на эту тему только начинают проводить некоторые специалисты.

Существует молекула под названием протеинкиназа М-зета. Это фермент, который отвечает за связи между нервными клетками. Если ее уничтожить избирательно в нужном месте, то какой-то вид памяти пропадает. При этом управляющая система может восстановить утраченный фрагмент, если нужная порция белка вновь вернется на место.

Важно понимать, что природа разработала уникальные, фантастические методы избирательной доставки элементов в нужные места. А у экспериментаторов таких методов пока нет.

По сравнению с многообразием и красотой природы, с тем, как всё устроено, наши методы абсолютно не совершенны.

Например, нервная система человека включает сто миллиардов нейронов. У каждого нейрона есть связь с десятками тысяч «соседей». Чтобы сформировать новую память, предположим, о том, что на стене висит белый листок бумаги, необходимо изменить связи в тысячах мест, не затронув при этом остальные связи между нейронами. Как эту задачу решает природа? В нашем мозге одновременно (при этом избирательно) активируются тысячи связей ровно в тот момент, когда мы смотрим на листок бумаги, висящий на стене. Другие нейроны и связи между ними никак не затрагиваются. Меняется только то, что активируется. Примитивнейший способ, но элегантный и простой.

Сегодня над решением подобной задачи бьются фармакологи, медики. Если бы мы умели избирательно в нужных местах менять связи между нейронами, так как это делает природа, многие патологии удалось бы вылечить.

Многие годы ученые пытались повлиять на эту адресность. Как оказалось, эту задачу можно решить с помощью методов нейрогенетики. Ясно, что мозг — самый сложный элемент в организме человека. Работа с нейронами на генетическом уровне намного сложнее, чем с другими типами клеток. Поэтому данных пока не так много. Сейчас появляются новые способы управления. Например, в конкретные нейроны внедряются нужные гены. Далее этими клетками можно управлять с помощью света, химических веществ или с помощью температуры. Способы довольно экзотичные, поэтому пока они рассматриваются в рамках фундаментальных научных исследований. Но я уверен, что в ближайшие 10 лет подобные методы войдут в практику медицины.

— Вы уже упомянули, что память бывает кратковременной, долговременной, промежуточной. Насколько сильно отличаются процессы их формирования?

— Момент запуска формирования памяти всегда один. Вопрос в том, почему некоторые вещи мы забываем через минуту, а другие откладываются на всю жизнь? По большей части это связано с тем, как долго происходят изменения в молекулярной среде, то есть в каждой конкретной клетке, которая отвечает за память. Ясно, что кратковременные изменения, которые длятся несколько секунд, сформируют кратковременную память. Если изменения длятся на протяжении десятков минут, формируется промежуточная память. Изменения на протяжении 5-6 часов, и это доказано экспериментально, меняют работу генетического аппарата в ядре клетки, поэтому в данном случае образуется долговременная память.

Как это происходит? Большинство людей уверены, что в рамках этого процесса меняются и гены. Поэтому сразу оговорюсь, что это не так, и память не передается по наследству, память не изменяет структуру наших генов или последовательность ДНК.

У каждой клетки организма, будь то клетка печени или клетка мозга, одинаковый набор генов. При этом в клетке печени работают около 20% имеющихся генов, а в клетках мозга — до 80%. В этом и состоит главное отличие: в мозге работают много тысяч разных нервных клеток, тогда как клетки печени и других органов почти одинаковые. Речь идет не только о разнообразии, а в целом об ином способе метаболического действия. Кстати, мозг потребляет большую часть энергии, вырабатываемую организмом. Это необходимо для работы нервных клеток. И именно на этом основаны пластичность и процесс запоминания мозгом новой информации.

Память для мозга — это основа жизнедеятельности. Каждый нейрон, каждая нервная клетка существует в собственном диапазоне активности и биохимической системы. Еще 10 лет назад не было даже гипотез о том, что есть основа памяти. Сегодня известна довольно простая схема: у каждого нейрона есть предыстория. Из стволовой клетки получается либо нейрон, либо глия. Нейрон встает на свое место и образует связи. До конца жизни конкретный нейрон будет стоять на своем месте и отвечать за образованные им связи и за выработку определенных медиаторов.

Медиаторы играют в этом процессе не последнюю роль. Возьмем, например, серотонин — известный гормон счастья. Ген, вырабатывающий серотонин может работать на 40% от максимально возможного уровня. У каждого гена есть активаторы и репрессоры. Не меняя структуру гена, мы можем изменять степень его активности и уровень работы. Такой тип регуляции называется эпигенетическим. Интересно и то, что в мозге есть собственный механизм регуляции. Если организму недостает чего-то, он сам посылает сигналы — сигнальные молекулы, которые заставляют гены работать эффективнее. Если ничего не изменится, то клетка может погибнуть от собственного плохого существования.

Память основана как раз на подобных надгенетических изменениях, когда меняется уровень экспрессии генов. Из-за этого меняется и количество белка. Транспортная система активируется, чтобы доставить этот белок для создания связей между нейронами. Эти обратные связи, а, главное, адресность чрезвычайно важны. Без обратной связи ни один живой организм не проживет и часа. Обратные связи не только отвечают за правильную работу систем организма, но и возвращают эффективность работы генетического аппарата в норму.

Вернемся к типам памяти. Если клетка не изменилась, память не образовалась. Если произошли небольшие изменения, эффективность связей изменилась, следовательно, информация задействовала уже другие точки. Внешне это проявляется в том, что поведение человека меняется, адаптируется.

Мы входим в ванную и твердо знаем, что полотенце висит справа. Переехав в новую квартиру, мы вешаем полотенце слева. Вначале мы путаемся, но через несколько дней уже автоматически тянемся к полотенцу слева. Адаптация — это основа жизнедеятельности организма, в которой главенствующую роль играет именно память.

— Можно ли изменить память?

— Вмешаться в развитие памяти можно, блокируя синтез белка через определенные промежутки времени после какого-то события. Это как раз то, чем занимались экспериментаторы, пытаясь исследовать долговременную память. Если в течении 2-6 часов после события нарушить нормальную работу нервной системы, то память, скорее всего, не образуется. Так проявляется эффект амнезии. Если человека ударили тяжелым предметом по голове, то он просто забывает о том, что с ним происходило последние несколько часов. Это связано с тем, что при травме выделяются химические вещества, которые стирают информацию о том, что происходило ранее.

— В какой части мозга сосредоточена память?

— Этот вопрос долгое время не давал покоя ученым в XIX и XX веках, когда еще не было генетических инструментов и методов электрофизиологии. Что делали ученые? Например, удаляли мозжечок. Единственное, что удалось показать, что точные движение страдают. То есть мозжечок имеет отношение к точности выполнения определенных операций или движений.

Помимо этого, пытались извлекать зрительную кору и другие части мозга. Всё это было сделано для того, чтобы грубо установить, за какую сенсорную модальность — звук, зрение, движение и прочее — ответственна та или иная часть мозга. Однако с памятью возникли сложности. Почему?

Если убрать всю кору больших полушарий мозга собаки (подобные опыты проводил И.П. Павлов), она всё равно адаптируется, живет, пусть и медленнее, но обучается. Существует такое понятие как «компенсация». Мозг обладает гигантской компенсаторной возможностью. Это связано, прежде всего, с огромным количеством нервных клеток. Если мы удалим половину мозга, остальная половина будет хорошо работать. Известны случаи, когда люди жили без целого полушария мозга.

Сказать точно, где расположена память до сих пор невозможно. Есть понимание, что зрительная образная память связана со зрением, слуховая память связана с корковыми структурами, которые первыми воспринимают слуховую информацию. Известно также и то, что за процесс принятия решений, который неразрывно связан с памятью, с накопленным опытом, ответственны определенные места в так называемой новой коре. Подозрения на эти ассоциативные области коры падали неоднократно. Благодаря развитию новых методов точно установлено, что принятие решений связано именно с этими областями и поведенческими явлениями.

На молекулярном уровне мы пока не можем определить, какие структуры клеток отвечают за формирование памяти. Набор экспрессированных генов разный в разных областях мозга. Сложность в том, что современные исследователи могут работать лишь с малыми кусочками мозга. Информации о работе сотни или даже тысячи нейронов недостаточно, чтобы точно понимать работу всей структуры. К тому же, каждый нейрон уникален. И таких уникальных нейронов — сотня миллиардов.

Сейчас одно из главных направлений, требующих огромных вложений, посвящено исследованию генома каждой отдельной нервной клетки. Это вызов для современных нейробиологов. Во многих странах разрабатываются серьезные исследовательские программы в области изучения мозга. Надеюсь, что и в нашей стране программа, которая уже рассматривается правительством, также будет принята.

— Множество книг, различных интернет-вебинаров предлагают людям «прокачать» память с помощью определенных практик. Как вы считаете, реально ли с помощью каких-то инструментов или приложений улучшить память?

— Это очень важный и интересный вопрос. С одной стороны, мозг, конечно, уникален. С другой стороны, это один из многих органов нашего организма. У каждого из нас есть мышцы. И все знают, что если эти мышцы не тренировать, то они могут атрофироваться. При этом количество мышечных волокон не меняется. Просто они становятся слабее и тоньше, а мышцы уменьшаются в объеме. Если вновь начать упражняться, мышцы становятся сильнее и больше.

На самом деле, в мозге происходит примерно то же самое. Если его не развивать, связи ослабевают и отмирают. Любая мыслительная деятельность создает новые крепкие связи между нейронами. Это особенно важно для детей до 14-16 лет. Но здесь важно не допускать ошибку, которой подвержены многие родители. Они пытаются развивать память у детей 2-3 лет. Это неправильно. Ученые и медики доказали, что до 6 лет у детей активно образуются и отмирают новые связи. И не нужно бороться с тем, что дети многое забывают. Это нормально.

Поэтому дети идут в школу в возрасте 6-7 лет. Здесь они уже знакомятся с абстрактно-логическими понятиями, категориальностью окружающей среды и так далее. Примерно к 25 годам мозг завершает процесс морфологического развития. После 25 лет каждый человек существует в том диапазоне связей, который он сам для себя создал. Но даже с этим набором связей можно улучшать память с помощью мыслительной деятельности и упражнений.

— Расскажите, над чем вы работаете сегодня?

— В целом наш Институт работает по всем направлениям нейробиологии. Мой личный интерес всегда был связан с ассоциативной памятью в рамках простых моделей памяти животных, когда можно «пощупать» каждую нервную клетку, каждый синаптический контакт. На протяжении долгих лет мы исследовали память на уровне «солдат», то есть исполнителей — молекул белков, ионных каналов, электрических проявлений.

— Каковы главные задачи современной нейробиологии?

— Я бы не выделял одну главную задачу. Она сразу ограничивает ваше видение научной картины. Поэтому расскажу о значимых исследованиях. Например, мы участвуем в международном проекте по изучению эволюции нервной системы и памяти на самом примитивном уровне. Речь идет о скоплении нескольких сотен клеток — о невидимом глазу организме трихоплаксе, напоминающем капельку слизи. Считалось, что донервные животные не обладают нервной системой. Однако при анализе каждой клетки выяснилось, что у них в геноме есть гены натриевых каналов и гены медиаторов. Даже на таком раннем этапе эволюции нервной системы уже заложены последовательности ДНК, которые определяют будущее развитие нейронов. Подобные исследования, как мне кажется, проливают свет на эволюцию нервной системы, в том числе памяти.

Читайте также: